Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi Cilt: 9, No: 1, 2012 (35-45) Electronic Journal of Machine Technologies Vol: 9, No: 1, 2012 (35-45) TEKNOLOJĐK ARAŞTIRMALAR www.teknolojikarastirmalar.com e-issn:1304-4141 Makale (Article) Zırh Çeliklerinde Kaynak Ağzı Tasarımının Metalurjik ve Mekanik Özelliklere Etkisinin Araştırılması Sedat KARA, Mehmet H. KORKUT Fırat Üniversitesi Metalurji. Eğt. Anabilim Dalı., 23119 Elazığ/TÜRKĐYE sedatkara29@gmail.com Geliş Tarihi:15.12.2011 Kabul Tarihi: 29.03.2012 Özet Bu çalışmada zırhlı muharebe araçlarında kullanılan Ramor 500 zırh çelikleri MIG (Metal inert gaz) kaynak yöntemi ile kaynak edildi. Đlave metal olarak zırh çeliklerinin MIG kaynağı için önerilen 307Si MIG kaynak teli kullanıldı. Deneysel çalışmalarda kaynak ağız tipinin metalurjik ve mekanik özelliklere etkisi araştırıldı. Kaynak ağzı olarak Y, X ve y olmak üzere üç farklı koşul seçildi. Kaynak ağızları frezeleme yöntemi kullanılarak şekillendirildi. Kaynak bölgelerinin mikroyapısı optik mikroskopi, SEM, EDS ve X-RD ile incelendi. Numunelerin mekanik özellikleri mikrosertlik ve çentik darbe deneyleri ile belirlendi. Sonuç olarak zırh çeliklerinin kaynaklı birleşimleri için kaynak ağzı tasarımının kaynak mukavemetine etkisi tespit edildi. Anahtar Kelimeler: Zırh Çeliği, MIG Kaynağı, Kaynak Ağzı. Investigation The Effect Of Welding Groove On Metallurgical And Mechanical Properties In Armor Steels Abstract In this study, Ramor 500 armors steels which in used armored combat vehicles were welded by MIG (Metal inert gas) welding method. 307 Si MIG welding wire was used as an additional metal which proposed for MIG welding of armor steels. The effect of welding groove type to metallurgical and mechanical properties was investigated in experimental studies. Three different conditions, which were included Y, X and y were selected as welding groove. The welding grooves were shaped by using milling method. The microstructures of the weld regions were examined by optical microscope, SEM, EDS and X-RD. Mechanical properties of the specimens were determined by microhardness tests and impact tests. As a result, the effect of design of welding groove to welding strength was identified for joints of armor steels. Keywords : Armor Steel, MIG Welding, Welding Groove. 1. GĐRĐŞ Zırh, genel itibariyle belirli bir saldırı durumundan korunmak amacıyla tasarlanmış koruyucu örtü olarak ifade edilmektedir. Zırh olarak adlandırılan bu koruyucu malzemeler geçmişten günümüze hayvan postu, deri ve kemik gibi organik yapılardan çelik, bronz ve seramiklere kadar gelişim göstermiştir. Ateşli silahların kullanılmaya başlanmasıyla birlikte bunların etkilerine karşı zırhlar bulunmuş, bu zırhları delip geçebilen mermiler geliştirildiğinde ise yine bu mermilere karşı koyabilen daha nitelikli zırh kavramları ortaya konmuştur [1]. Günümüzde sivil ve askeri platformda ateşli silah ve patlayıcı tehdidine karşı zırh malzemesi olarak çelik ve alüminyum alaşımları, seramikler, cam ve elyaf takviyeli çeşitli kompozit Bu makaleye atıf yapmak için Kara S., Korkut M. H., Zırh Çeliklerinde Kaynak Ağzı Tasarımının Metalurjik ve Mekanik Özelliklere Etkisinin Araştırılması Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi 2012, 9(1) 35-45 How to cite this article Kara S., Korkut M. H., Investigation The Effect Of Welding Groove On Metallurgical And Mechanical Properties In Armor Steels Electronic Journal of Machine Technologies 2012, 9(1) 35-45
Teknolojik Araştırmalar: MTED 2012 (9) 35-45 Zırh Çeliklerinde Kaynak Ağzı Tasarımının Metalurjik ve Mekanik malzemeler kullanılmaktadır. Ancak savunma amacına yönelik araçlarda en yaygın olarak kullanılan zırh malzemesi çeliktir. Bunun en temel sebebi çeliklerin sahip olduğu yüksek dayanım, tokluk ve iyi kaynak edilebilirlik gibi malzeme özellikleridir [2]. Çelik, üstün özellikleri ve oldukça düşük üretim maliyetiyle birlikte dünyada kullanım açısından geniş bir yelpazeye sahiptir. Bu kullanım ağında zırh sınıfına ait su verilmiş ve temperlenmiş çelikler, yüksek enerji absorbe edebilme özelliklerinden dolayı askeri ve sivil araçların korunmasında kullanılır [3-5]. Zırh çeliği olarak da bilinen bu malzemeler çoğunlukla zırhlı muharebe araçları için kullanılmaktadır [6]. Zırh çeliklerinin yüksek mukavemet ve sertliğe sahip olmaları istenirken balistik tehditlere karşı da tokluk özelliğine sahip olmaları gerekmektedir. Bunun için belirli ısıl işlem teknikleri kullanılarak istenilen mekanik özelliklerde çelik elde etmek mümkündür. Mukavemet ve sertlikteki artış ile toklukta meydana gelebilecek azalmayı önlemek için kırılmalara neden olan kükürt ve fosfor çok düşük seviyelere çekilmelidir. Tokluk açısından önemli olan bir diğer husus da karbon içeriğidir. Karbon içeriğinin düşük olması aynı zamanda zırhlı araç üretiminde gerek duyulan kaynak edilebilirlik özelliği için de avantaj sağlamaktadır [2]. Buradan da anlaşılacağı üzere zırh teknolojilerinde kaynağın önemli bir yere sahip olması kaynak bölgesinin de metalurjik açıdan araştırılması gerektiğini göstermektedir. Balakrishnan ve diğerleri [7] AISI 4340 çeliğine örtülü elektrod ark kaynağı ile birleştirme işlemi uygulamış ve kaynak bağlantılarının balistik performansını incelemişlerdir. Kaynak bölgesindeki termal dönüşümden dolayı zırh çeliği bağlantılarında esas metale nazaran daha düşük balistik performans sergilendiğini gözlemlemişlerdir. Madhusudhan ve diğerleri [8] tarafından yapılan çalışmada üç farklı kaynak yöntemine bağlı olarak zırh çeliğinin kaynak bölgelerinin mermi nüfuziyetine karşı direnci ölçülmüştür. TIG kaynağı, örtülü elektrod ark kaynağı ve özlü telle gazaltı kaynağı olmak üzere üç farklı kaynak yöntemi ile elde edilen kaynaklı birleştirmeler arasında karşılaştırma yapılmıştır. Kaynakların tümünde mermiler kaynak dikiş bölgelerinin tamamını delip geçmiştir. Ancak balistik limit, örtülü elektrod ark kaynağı yönteminde en yüksek ve özlü telle gazaltı kaynağı yönteminde en az olarak bulunurken TIG kaynak yöntemi orta düzeyde balistik performans göstermiştir. Şimşir ve diğerleri [9] tarafından yapılan bir çalışmada çelik zırh plakalarının çekiç düşürme deneyi ile balistik karakterizasyonu araştırılmıştır ve çekiç düşürme testinin balistik performansın ölçümü için iyi bir yöntem olduğu görülmüştür. Zira elde edilen sonuçlar literatürdeki mevcut gerçek balistik deneyler ile karşılaştırıldığında birbirileri ile tutarlı olduğu görülmüştür. Dolayısıyla bu çalışmada kaynak edilen zırh çelikleri çekiç düşürme deneyi ile paralellik gösteren çentik darbe deneyine tabii tutulmuştur. Çünkü kaynak bölgesinin darbe enerjisi aynı zamanda balistik davranışı hakkında da fikir vermektedir. Zırh çeliği, ferritik yapıda kaynak teli veya elektrodu kullanılırsa ön tavlama gereklidir ve plaka kalınlığına bağlı olarak 75-200 o C çalışma sıcaklığında kaynak edilmelidir. Östenitik yapıda kaynak teli veya elektrodu kullanılırsa malzeme en düşük oda sıcaklığında kaynak edilmelidir. Ancak parça kalınlıklarının 30 mm den fazla olduğu durumda 100-150 o C ye kadar ön ısıtma işlemi önerilmektedir [10]. Zengin [11] yapmış olduğu bir çalışmada, bir zırh çeliğinin kaynaklı birleştirme işleminde değişen ön tav sıcaklığına bağlı olarak dönüşen mikroyapı ve mekanik özelliklerini araştırmıştır. Ramor 500 zırh çeliğinin kullanıldığı deneyde, zırh çeliği parçaları örtülü elektrod ark kaynak yöntemi ile kaynak edilmiştir. 20 o C, 150 o C, 250 o C ve 400 o C olmak üzere dört farklı çalışma sıcaklığı seçilmiştir. Sonuç olarak görülmüştür ki; artan ön tavlama sıcaklığına bağlı olarak kaynaklı birleştirilen numunelerde çekme ve akma dayanımı azalırken süneklik artmıştır. 36
Kara S., Korkut M.H. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2012 (9) 35-45 2. MATERYAL VE METOT 2.1 Deneyde Kullanılan Malzemeler ve Hazırlanışı Bu çalışmada kaynaklı birleştirilmek üzere 10 mm kalınlığındaki Ramor 500 zırh çelikleri 10 x 50 x 150 mm boyutlarında hazırlanmıştır. Đlk olarak lazer ısıl kesim yöntemiyle 60 mm genişliğinde kesilen zırh plakaları daha sonra soğutma sıvısı kullanılarak frezeleme yöntemiyle 50 mm genişliğe düşürülmüştür. Böylece kesim yüzeylerinde ısıdan dolayı yapısı değişen bölgeler deney numunelerinden uzaklaştırılarak kaynak için daha uygun birleşim yüzeyleri elde edilmiştir [12]. Kaynak ağızları yine frezeleme teknikleri kullanılarak Şekil 1 de şematik olarak görülmekte olan geometrilere dönüştürülmüştür. Şekil 1. Deney numunelerine ait kaynak ağızlarının şematik görünümü Zırh çeliğine ait standart kimyasal bileşim, maksimum değerleri ifade ettiğinden spektral analiz yapılarak deney numunelerine ait gerçek bileşim belirlenmiştir. Tablo 1 de zırh çeliğine ait standart ve spektral analiz bileşimi ve Tablo 2 de bu çeliğe ait mekanik özellikler verilmiştir. Spektral analiz sonucunda karbon oranının standart bileşimde belirtilen üst sınırdan düşük olduğu anlaşılmaktadır. Dolayısıyla bu durum çeliğin kaynak edilebilirliğe olan yatkınlığını artırdığından deneysel çalışmalarda avantaj sağlamıştır. Yapılan kaynaklı birleştirme işleminde kimyasal bileşimi Tablo 3 de görülen ve zırh çeliklerinin MIG kaynağı için önerilen 307Si MIG kaynak teli kullanılmıştır. 307 Si bileşimi, zırh çeliği plakalarının birleştirilmesinde ve sert dolgu uygulamalarından önce tampon tabaka oluşturmak amacıyla kullanılır. Korozyona karşı yüksek dayanıma sahiptir. Östenitik tip Cr-Ni li çeliklerin kaynağında kullanılır. Yüksek orandaki Mangan sayesinde 850 C a kadar olan çalışma sıcaklıklarında dayanımını ve sertliğini korur. Đçerdiği yüksek orandaki silisyum sayesinde erimiş metalin yüzey gerilimi iyileştirilmiş ve bunun sonucunda dolgu metalinin ana metale mükemmel bir şekilde yayılması sağlanmış olur [13]. Tablo 1. Ramor 500 zırh çeliğine ait standart ve spektral analiz bileşimi Alaşım Elementleri C Si Mn P S Cr Ni Mo B Standart analiz (max %) 0,32 0,07 1,50 0,02 0,015 1.00 2,00 0,70 0,005 Spektral analiz (%) 0,14 0,22 0,99 0,006 0,012 0,59 0,43 0,24 0,0005 Tablo 2. Ramor 500 zırh çeliğine ait mekanik özellikler Mekanik özellikler Sertlik (HV) Darbe dayanımı (-40 0 C/J) Akma dayanımı (0,2 N/mm 2 ) Çekme dayanımı ( N/mm 2 ) Uzama ( %) Ramor 500 470-560 20 1250 1600 8 Tablo 3. 307Si kaynak teline ait kimyasal bileşim Alaşım elementleri C Si Mn Cr Ni Mo P+S 307Si (%) 0,08 0,8 7 19 8,5 0,5 0,035 37
Teknolojik Araştırmalar: MTED 2012 (9) 35-45 Zırh Çeliklerinde Kaynak Ağzı Tasarımının Metalurjik ve Mekanik 2.2 Deneysel Çalışmalar Hazırlanan zırh plakaları alın birleştirme türü uygulanarak MIG kaynak yöntemiyle kaynak edilmiştir. Y ve y kaynak ağzına sahip N1 ve N3 numuneleri tek pasoda birleştirilirken X kaynak ağzına sahip N2 numunesi iki pasoda birleştirilmiştir. Birleştirme işleminde numunelere ait kaynak parametre değerleri Tablo 4 de belirtilmiştir. Numune No: Tablo 4. Deney numunelerine ait kaynak parametre değerleri Kaynak Kaynak Tel sürme Gaz akış Kaynak Gaz karışımı akımı voltajı hızı debisi hızı (A) (V) (mm/s) (lt/dk) (mm/s) N1 300 30 150 15 10 % 5 CO 2 + % 95 Ar N2 300 30 150 15 10-10 % 5 CO 2 + % 95 Ar N3 300 30 150 15 9,09 % 5 CO 2 + % 95 Ar Kaynak ağzı Y X y Kaynaklı bağlantıların mikroyapı, sertlik ve çentik darbe deneyleri için gereken test numuneleri kaynaklı parçalardan kesilerek çıkarılmıştır. Mikroyapı incelemeleri için hazırlanan numuneler sırası ile 200-1200 mesh lik zımparalarda zımparalandıktan sonra 3 µm lik elmas pasta ile çuhalanarak parlatılmıştır. Esas metal için % 3 Nital çözeltisi kullanılarak kimyasal dağlama yapılırken östenitik paslanmaz çelik olan kaynak metali için % 60 HNO 3 ve % 40 saf sudan oluşan solisyonda 3 V - 30 sn elektrolitik dağlama yapılmıştır. Bunu sonrasında kaynak bölgelerinin mikroyapısal değişimi NIKON marka optik mikroskop ile çeşitli büyütmelerde incelenmiştir. Sertlik ölçümleri LEICA MHF-10 marka mikrosertlik ölçüm cihazında gerçekleştirilmiştir. Tüm numuneler için 50 gr yük altında 5 sn beklenerek aynı koşullarda ölçüm yapılmıştır. Mikrosertlik ölçümleri Vickers (HV) sertlik skalası ile gerçekleştirilmiş olup ölçümler numune yüzeyinden 2 mm derinlikte ve 1 mm aralılarla yapılmıştır. Kaynak metalinden 3, birleşim ara yüzeyinden 1 ve esas metal tarafından 8 adet olmak üzere her numune için 12 adet sertlik değeri alınmıştır. Çentik darbe deneyleri oda sıcaklığında (27 0 C) her tip deney numunesinden en az dörder tane test numunesi çıkarılarak bunların aritmetik ortalaması alınmak suretiyle gerçekleştirilmiştir. Test numuneleri Şekil 2 de şematik olarak görüldüğü üzere BS EN 875 standardı esas alınarak hazırlanmış olup deneyler 300 Joule kapasiteli Instron Wolpert PW30 marka çentik darbe test makinasında yapılmıştır. 3. SONUÇLAR VE TARTIŞMA Şekil 2. Çentik darbe test numunelerine ait standart ölçüler N1, N2 ve N3 numunelerine ait mikroyapı görüntüleri sırasıyla Şekil 3, 4 ve 5 de verilmiştir. Numunelerin kaynak metallerinin belirgin bir biçimde kaba dentritik yapılardan teşekkül ettiği 38
Kara S., Korkut M.H. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2012 (9) 35-45 anlaşılmaktadır. Ancak N2 numunesi diğer numunelerden farklı olarak iki pasoda kaynak edildiğinden bu numunede diğer numunelere göre daha fazla ısı girdisi meydana gelmiştir. Bunun sonucunda daha yavaş soğuyan kaynak metalinde dentrit kollarının düzensizliği daha belirgin biçimde görülmektedir. Ayrıca numunelerin kaynak metallerinin östenitik bir matris içersinde gömülü delta ferrit yapıdan meydana geldiği anlaşılmaktadır. Kaynak işleminde sıcak çatlak oluşumu kaynak telinin ve esas metalin kimyasal analizinin östenitik matriste düşük miktarda ferrit içeren bir mikroyapı elde edilecek şekilde ayarlanmasıyla önlenebilir. Sıcak çatlama eğilimine karşı yüksek dayanım sağlayabilmek için yapıdaki ferrit miktarının en az % 4 olması önerilmektedir [14]. 307 Si kaynak teli Schaeffler diyagramına göre % 1 ferritten oluşan östenitik yapı içermektedir. Ancak kaynak işleminde oluşan kaynak metali, kaynak teli ile esas metalin alaşım oluşturmasıyla elde edilmektedir. Dolayısıyla kaynak telindeki düşük ferrit oranı esas metal ile oluşturulan alaşım sayesinde telafi edilmiştir. Nitekim kaynak metallerinde sıcak çatlak oluşumuna rastlanmaması östenit yapının gereken ferrit oranına doyduğunu göstermektedir. Ferrit miktarının sıcak çatlak oluşumundan korunmak için gereken orandan daha yüksek olmaması önerilmektedir. Çünkü ferrit, bazı korozif ortamlarda, malzemelerin korozyon dayanımını düşürür ve yapıdaki aşırı ferrit miktarı süneklik ve tokluğu azaltır [14]. a b X 200 X 200 c d X 200 X 500 Şekil 3. N1 numunesine ait mikroyapılar a; kaynak metali, b; geçiş bölgesi, c; iri taneli bölge, d; ince taneli bölge Numunelerin geçiş bölgelerinin mikroyapı fotoğrafları incelendiğinde herhangi bir çatlak veya gözenek oluşumuna rastlanmamıştır. Kaynak metalinin belirgin bir biçimde esas metale difüze olduğu anlaşılmaktadır. Bu da kaynak işlemi için kullanılan ilave metal, koruyucu gaz ve kaynak yönteminin birleşim amacına yönelik beklentileri karşıladığını göstermektedir. Her üç numunenin geçiş bölgelerinden esas metal yönüne doğru belirgin bir biçimde tane irileşmesinin meydana geldiği anlaşılmaktadır. Isıdan etkilenmeyen esas metal yönüne doğru karmaşık ve iri taneli olan bu bölgelerin daha homojen ve ince taneli bölgelere dönüştüğü görülmektedir. Đri taneli bölgelerde belirgin bir biçimde iğnemsi martenzit ve karbür oluşumu göze çarpmaktadır. Nitekim bu bölgelerin mikrosertlik dağılımında yüksek değerlere ulaşılması da bu düşünceyi doğrulamaktadır. 39
Teknolojik Araştırmalar: MTED 2012 (9) 35-45 Zırh Çeliklerinde Kaynak Ağzı Tasarımının Metalurjik ve Mekanik a b X 200 X 200 c d X 200 X 500 Şekil 4. N2 numunesine ait mikroyapılar a; kaynak metali, b; geçiş bölgesi, c; iri taneli bölge, d; ince taneli bölge a b X 200 X 200 c d X 200 X 500 Şekil 5. N3 numunesine ait mikroyapılar a; kaynak metali, b; geçiş bölgesi, c; iri taneli bölge, d; ince taneli bölge Şekil 6 da N3 numunesinin geçiş bölgesine ait SEM fotoğrafında 1. Bölge ve 2. Bölgeye ait EDS analizi verilmiştir. 1. Bölgenin tane sınırı ve 2. Bölgenin karbür olduğu düşünülmektedir. 2. Bölgedeki % 3,2 O miktarı dağlayıcı solisyondan gelmiştir ve ayrıca bu bölgelerde dağlamanın etkisiyle korozyon meydana 40
Kara S., Korkut M.H. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2012 (9) 35-45 geldiği görülmektedir. 2. Bölgeden alınan EDS sonucuna bakıldığında 1. Bölgeye nazaran daha yüksek oranda C, Cr ve Mn elementi görülmektedir. Şekil 6 da SEM fotoğrafında daha belirgin bir biçimde iri taneli bölgelerde tane sınırlarının poligonal (Köşeli) olduğu anlaşılmaktadır. Tanelerin keskin sınırlarla birbirinden ayrıldığı bu mikroyapıda olası bir darbe karşısında meydana gelen çatlak, kolay ilerleyeceğinden bu bölgelerin beklentileri azaltacağı düşünülmektedir. Şekil 6. N3 numunesinde iri taneli bölgeye ait EDS analizi Şekil 7 de N3 numunesinin kaynak bölgesine ait X-RD analizi verilmiştir. Kaynak bölgesinde Fe 5 C 2 bileşiği ile birlikte Cr 23 C 6 ve yoğun olarak Cr 7 C 3 karbür oluşumu görülmektedir. Karbürlerin sınıflandırılması ve morfolojilerinin anlaşılması alaşımın kimyasal yapısı bakımından faydalıdır. Nikel tabanlı alaşımlar içerisinde MC, M 6 C, M 7 C 3 ve M 23 C 6 en çok sıklıkla bulunan karbürlerdir (burada M; metalik karbür oluşturucu element veya elementlerdir). MC karbürleri mikroyapıda genellikle geniş bloklar halinde meydana gelir. Mikroyapıda düzensiz dağılmışlardır ve genellikle oluşması istenmez. M 6 C karbürleri de mikroyapıda blok halindedirler. Genellikle tane sınırlarında oluşurlar ve tane büyümesi üzerinde etkilidirler. M 7 C 3 karbürleri genellikle Cr 7 C 3 şeklinde ve iç tanecikler şeklinde oluşurlar ve mikroyapı içerisinde ayrı partikülerin oluşmasında faydalıdır. M 23 C 6 tane sınırlarında çökelmeye meyillidirler ve nikel esaslı alaşımlarda mekanik özelliklerin belirlenmesinde önemli etkiye sahiptirler [15]. 41
Teknolojik Araştırmalar: MTED 2012 (9) 35-45 Zırh Çeliklerinde Kaynak Ağzı Tasarımının Metalurjik ve Mekanik Şekil 7. N3 numunesinde kaynak bölgesine ait X-RD analizi Şekil 8. Numunelerin mikrosertlik dağılımı Şekil 8 de numunelerin mikrosertlik dağılımı yer almaktadır. N1 ve N3 numunelerinin mikrosertlik bazında benzer eğrilere sahip olduğu görülmektedir. Bu numunelerde geçiş bölgesinden esas metal yönüne doğru ısı tesiri altında kalan iri taneli bölgelerde ani sertlik yükselişi meydana gelmiştir. Đnce taneli bölgeye doğu sertliğin azaldığı ve ısıdan etkilenmeyen bölgeye doğru malzemenin orijinal sertliğine kavuşma eğilimi gösterdiği anlaşılmaktadır. N2 numunesinde ise N1 ve N3 ün aksine iri taneli bölgede sertliğin azalma eğilimi gösterdiği anlaşılmaktadır. Đnce taneli bölgeye doğru sertliğin artışı ve ısıdan etkilenmeyen bölgeye doğru malzemenin orijinal sertliğine kavuşma eğilimi görülmektedir. Bunun temel sebebi N1 ve N3 numunesinin tek pasoda ve N2 numunesinin iki pasoda kaynak edilmiş olmasıdır. Çünkü N2 numunesi iki defa ısı girdisine maruz kaldığından diğer numunelere göre daha yavaş soğumuştur. Bunun sonucunda sertliğin artmasına sebep olan martenzit oluşumu ve karbür oluşumu daha az meydana gelmiştir. Şekil 9 da Çentik darbe deneyi sonrasındaki numunelerinin makro görüntüsünden anlaşıldığı üzere kaynak bölgelerinde kırılma esnasında bir miktar plastik deformasyon meydana gelmiştir. Bu da kırılmanın sünek olduğunu göstermektedir. N2 numunesi 69 J darbe dayanımı ile en yüksek başarımı göstermiştir. Bunda iki pasolu birleşime bağlı olarak meydana gelen nüfuziyetin katkısı olduğu düşünülmektedir. N1 ve N3 numuneleri benzer metalurjik özelliklere sahip olduğu halde N1 numunesi 46 J ve N3 numunesi 48 J darbe dayanımı sergilemiştir. Şekil 9 da görüldüğü üzere deney esnasında poldi 42
Kara S., Korkut M.H. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2012 (9) 35-45 çekicinin düştüğü düzlem kesikli çizgilerle belirtildiği gibi kaynak dikişini ortalayacak şekilde numuneler test cihazına yerleştirilmiştir. Ancak N1 numunesinde darbe, sadece kaynak dikişi tarafından karşılanırken kaynak boşluğu da kırılma esnasında çentik etkisi göstermiştir. N3 numunesinde ise darbe hem kaynak dikişi hem de esas metal tarafından karşılanmıştır. Dolayısıyla N3 numunesinin darbe enerjisi aynı şartlarda kaynak edilmesine rağmen N1 numunesinden yüksek çıkmıştır. Kaynak ağzına göre değerlendirme yapıldığında X kaynak ağzının diğer iki kaynak ağzından daha yüksek başarım sağladığı görülmüş olup Y ve y kaynak ağızları arasında karşılaştırma yapıldığında y kaynak ağzının Y kaynak ağzından daha iyi sonuçlar verdiği kaydedilmiştir. N1 46 J N2 69 J N3 48 J 4. GENEL SONUÇ VE ÖNERĐLER Şekil 9. Çentik darbe deneyi numunelerinin makro görüntüsü MIG kaynak yöntemi, kolay kullanılabilirliği, düşük üretim maliyeti ve uygun kaynak parametrelerinin seçimiyle optimum kaynak bağlantılarının elde edilmesi açısından endüstriyel uygulamalarda sıkça tercih edilen bir yöntemdir. Dolayısıyla bu çalışmada zırhlı muharebe araçlarında kullanılan zırh çelikleri MIG kaynak yöntemi ile birleştirilmiş ve aşağıdaki sonuçlara varılmıştır. Numunelerde meydana gelen birleşim bölgelerinde makro veya mikro çatlaklara rastlanmamıştır. Dolayısıyla kullanılan kaynak yöntemi, kaynak teli, koruyucu gaz ve diğer kaynak parametrelerinin birleşim amacına yönelik beklentileri karşıladığı görülmüştür. Mikrosertlik deneylerinde her üç numunenin kaynak metalinde ITAB ve esas metale göre daha düşük sertlik değerleri elde edilmiştir. Çünkü kaynak teli yüksek oranda Ni içerdiğinden ve Ni karbür oluşturmayan bir element olduğundan kaynak metalinde sertliğin yükselmesini engellemiştir. Numunelerin ısı tesiri altında kalan iri taneli bölgelerinde martenzit oluşumu ve karbür oluşumu nedeniyle yüksek sertlik değerlerine ulaşılmıştır. Ayrıca bu bölgelerde iri tanelerin poligonal (köşeli) bir geometriye sahip olması bu bölgelerde darbe yükü karşısında oluşacak çatlakların kolay ilerlemesine neden olacağından birleşim mukavemetine olumsuz yönde etki edeceği düşünülmektedir. Çentik darbe deneyi sonucunda numunelerin kaynak metalinde meydana gelen kırılmanın sünek kırılma olduğu gözlenmiştir. Bunun, kullanılan kaynak telinin sahip olduğu bileşimin bir sonucu olduğu düşünülmektedir. 43
Teknolojik Araştırmalar: MTED 2012 (9) 35-45 Zırh Çeliklerinde Kaynak Ağzı Tasarımının Metalurjik ve Mekanik Đki pasodan oluşan birleşime sahip N2 numunesinin en yüksek darbe enerjisine sahip olduğu anlaşılmıştır. N1 ve N3 numuneleri aynı şartlarda kaynak edilmiş olup benzer metalurjik özellikler sergilemelerine rağmen N3 numunesi N1 numunesinden yüksek darbe dayanımı göstermiştir. Bu da kaynak mukavemetinin sadece metalurjik tasarımın değil aynı zamanda mekanik tasarımın da bir sonucu olduğunu göstermektedir. Zırh çeliklerinin uygulama alanlarında kaynak büyük öneme sahiptir. Zırh çeliklerinin en çok kullanıldığı zırhlı muharebe araçlarının maruz kalabileceği balistik tehditler ve bu araçların engebeli arazi koşullarındaki çok yönlü haraket ve manevra kabiliyetleri göz önüne alındığında kaynak mukavemetinin optimum düzeyde olması gerektiği görülür. Bunun için diğer kaynak parametrelerinin veya kaynak yöntemlerinin zırh çeliklerinin kaynaklı birleşime olan etkilerinin incelenmesi savunma endüstrisine ve bilimsel birikime katkı sağlayacaktır. 5. KAYNAKLAR 1. Meyers, M. A., 1994, Dynamic Behavior Of Materials, John Wiley & Sons, New York, 597-599. 2. Karagöz, Ş., Atapek, H., 2007, Bor Katkılı Zırh Çeliklerinin Kırılma Davranışı, 8. Uluslar Arası Kırılma Konferansı Đstanbul, 187-190. 3. Ade, F., 1991, Ballistic Qualification Of Armour Steel Weldments, Weld J, 70,53 4. 4. Madhusudhan, R. G., Mohandas T., 1996, Ballistic Performance Of High-Strength Low-Alloy Steel Weldments, J Mater Process Technol, 57, 23 30. 5. Madhusudhan, R. G., Mohandas, T.,1995, Tagore, G. R. N., 1995, Weldability Studies Of High Strength Low-Alloy Steel Using Austenitic Fillers, J Mater Process Technol, 49, 213 28. 6. Maweja, K., Stumpf, W., 2006, Fracture And Ballistic-Induced Phase Transformation In Tempered Martensitic Low-Carbon Armour Steels, Materials Science and Engineering, 142-158. 7. Balakrishnan, M., Balasubramanian, V., Madhusudhan, R. G., Sivakumar, K., 2011, Effect Of Buttering And Hardfacing On Ballistic Performance Of Shielded Metal Arc Welded Armour Steel Joints, Materials and Design, 32, 469 479. 8. Madhusudhan, R. G., Mohandas, T., Papukutty, K. K., 1996, Effect Of Welding Process On The Ballistic Performance Of High-Strength Low-Alloy Steel Weldments, Defence Metallurgical Research Laboratory, India, 74, 27-35. 9. Şimşir, C., Yıldırım, R. O., Ögel, B., 2002, Çelik Zırh Plakaların Çekiç Düşürme Deneyi Đle Düşük Hızlarda Balistik Karakterizasyonu, Savunma Teknolojileri Kongresi 35-43. 10. http://www.ssab.com 11. Zengin, E., 2010, Farklı Ön Tav Sıcaklıklarında Kaynaklı Birleştirilen Zırh Çeliklerinin Mekanik Özelliklerinin Araştırılması, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara. 12. Kayalı, E. S., 1983, Metalik Malzemelerin Mekanik Deneyleri. Đ.T.Ü matbaası, Đstanbul. 13. http://www.askaynak.com.tr 44
Kara S., Korkut M.H. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2012 (9) 35-45 14. Odabaş, C., 2004, Paslanmaz Çelikler; Temel Özellikleri, Kullanım Alanları, Kaynak Yöntemleri. Askaynak yayını, Đstanbul. 15. Gök, M. S., 2008. Düşük ve Orta Karbonlu Çeliklerin Yüzeyine TIG Kaynak Metoduyla Kaplanan Östenitik Paslanmaz Çelik Tozunun Aşınma Direncine Karbür Đçeriğinin Etkisinin Araştırılması, Doktora Tezi, Fırat Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü. 45